北方森林氮平衡的奥秘：18个野火时间序列揭示的环境驱动因素与知识缺口

这篇综述通过整合18个北方森林野火时间序列（527个样地）数据，揭示了不同火情制度（stand-replacing/surface fire）与林冠类型（常绿/落叶混交）对氮（N）积累速率的调控机制。研究发现落叶混交林在严重野火后氮积累速率高达15.7±3.8 kg ha?1 year?1，但已知氮输入（大气沉降+苔藓固氮BNF）仅能解释25%的氮积累，凸显了深层土壤氮迁移或非共生固氮等未知来源的重要性。该研究为预测气候变化下北方森林碳氮耦合循环提供了关键数据支撑。

　　

野火与林冠类型对氮积累的调控

北方森林作为全球最大陆地生物群落，其碳汇功能强烈依赖于氮素有效性。研究团队整合了横跨北美、欧亚大陆的18个野火时间序列（527个样地），首次量化了不同火情制度（stand-replacing vs. surface/mixed severity）与林冠类型（常绿 vs. 落叶混交）对氮积累的交互影响。通过质量平衡法发现，严重野火后形成的落叶混交林氮积累速率高达15.7±3.8 kg ha^?1 year^?1，是常绿林（1.4±1.1 kg ha^?1 year^?1）的11倍。这种差异可能与落叶树种（如桦木Betula）促进的非共生固氮或深层氮迁移有关。

气候因子的隐秘调控

主成分分析揭示夏季降水频率和实际蒸散量（AET）是氮积累的关键驱动因子。这与地球系统模型中固氮作用与AET的正相关假设一致，为高纬度碳氮耦合模型提供了实证支持。值得注意的是，帕尔默干旱指数（PDSI）显示湿润条件更利于氮积累，暗示气候变化可能通过改变水文循环间接调控北方森林氮循环。

苔藓固氮的贡献局限

文献计量显示70%的北方森林固氮研究聚焦苔藓-蓝藻共生体系，但数据整合表明其年固氮量中位数仅0.19 kg ha^?1 year^?1，与大气沉降（1.55 kg ha^?1 year^?1）合计仅能解释25%的氮积累。在落叶混交林中，未知氮源占比高达90%，这一"氮预算缺口"挑战了传统认知。

桤木与矿质土壤的未解之谜

尽管桤木（Alnus）在河岸带表现出高固氮能力，但模型分析显示其解释力仅为火情制度的1/2。深层土壤（>30 cm）氮库变化呈现5.3 kg ha^?1 year^?1的净增加，排除了浅层氮再分配假说。岩石风化（0.8–1.1 kg ha^?1 year^?1）等潜在来源仍需验证。

未来研究方向

研究指出落叶树种根系共生体系（如桦木可能保留的固氮基因遗迹）和深层氮循环是关键突破口。随着野火频率增加导致的落叶林扩张，解析这些"暗氮"输入机制将大幅提升碳汇预测精度。该成果为全球变化背景下北方森林管理提供了氮循环研究的新范式。